DE1058270B - Kreiselgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselgerät, dessen Kreiselläuferachse in die lotrechte Sollstellung durch Stützmomente übergeführt wird, die bei einer Neigung in Abhängigkeit von deren Richtung und Größe durch die Gewichte der Flüssigkeitsfüllungen von Kammern erzeugt werden, welche am Kreiselläuferträger angeordnet sind und in Abhängigkeit von dessen Neigung zum Scheinlot durch eine Verteilereinrichtung unterschiedlich gespeist werden. Das Scheinlot fällt mit dem wahren Lot zusammen, wenn das Gerät nicht beschleunigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Gerät so auszubilden, daß es die folgenden Bedingungen erfüllt:

1. Die Kreiselläuferachse soll bei Einwirkung von Beschleunigungen möglichst langsam aus dem wahren Lot in das Scheinlot auswandern.

2. Die unter dem Einfluß der Erddrehung und unter dem Einfluß der Bewegung des das Kreiselgerät tragenden Fahrzeugs auftretende Abweichung der Kreiselläuferachse von der lotrechten Sollstellung soll möglichst gering sein.

3. Bei Auswanderung der Kreiselläuferachse aus der lotrechten Sollstellung soll das Stützmoment stark ansteigen, damit die Momente, welche durch die unvermeidliche Reibung der Kreislaufhängung erzeugt werden, nur eine möglichst geringe Abweichung der Kreiselläuferachse von der lotrechten Sollstellung bewirken.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß das Kreiselgerät mit einer auf die Größe der Füllung jeder Kammer ansprechenden Auslaßsteuerung versehen ist, welche die Ablauföffnung vergrößert, sobald die Füllung eine bestimmte Grenze überschreitet. Das führt zu einer erheblichen Schwächung der Stützmomente bei sehr großen oder lange andauernden Beschleunigungen. Wenn diese auf das Gerät wirken, wandert daher die Kreiselläuferachse nur sehr langsam aus der lotrechten Sollstellung aus. Bei einer Auswanderung der Läuferachse aus dieser Sollstellung steigt dennoch das Stützmoment zunächst sehr schnell. Die durch die Erddrehung und die Bewegung des das Gerät tragenden Fahrzeugs bewirkte bleibende Regelabweichung ist daher sehr gering. Gering ist auch der Einfluß der unvermeidlichen Reibungsmomente auf die Regelabweichung.

Mangels besonderer Vorkehrungen würde aber die Entleerung der Kammern bei Überschreiten einer bestimmten Grenzfüllung dazu führen, daß, wenn das Gerät in Betrieb genommen wird, es verhältnismäßig lange dauert, bis die Kreiselläuferachse ihre lotrechte Sollstellung aufgesucht hat.

Um diesen Mangel zu beheben, ist diese Auslaßsteuerung beim Ingangsetzen des Geräts vorübergehend ausschaltbar.

Kreiselgerät

Anmelder:

Anschütz & Co. G.m.b.H.,
Kiel-Wik, Mecklenburger Str. 32

Dipl.-Ing. Fritz Riedel, Kiel-Wellingdorf,
und Ferdinand Möller, Kiel-Elmschenhagen,
sind als Erfinder genannt worden

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Diese zeigt einen lotrechten Schnitt durch das Kreiselgerät in perspektivischer Darstellung.

Der Kreiselläufer 10, der durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben ist, wird von einer Welle 11 getragen, deren Lager 12 und 13 an einem kardanisch gelagerten Kreiselläuferträger sitzen. Dieser Träger besteht aus einem kugelförmigen Gehäuse 14 und aus zwei parallelen Wänden 15 und 16, die das Gehäuse 14 im Innern unterteilen und starr an ihm befestigt sind. Die Lagerbuchse 13 der Welle 11, die an der Platte 16 befestigt ist, ist an ihrem unteren Ende zu einem Gehäuse 17 einer Kreiselpumpe erweitert, deren Läufer 18 am unteren Ende der Welle 11 befestigt ist. Der Auslaß des Pumpengehäuses 17 ist durch eine Leitung 19 mit einem ringförmigen Trog 20 verbunden, der auf der Platte 15 gleichachsig zum Lager 12 angeordnet ist und dieses umgibt. Die innere Wand des Troges 20 ist niedriger als die äußere Wand und begrenzt einen zweiten ringförmigen Trog 21, der ebenfalls auf der Platte 15 angeordnet ist und sechs

4u radiale Trennwände 22 hat, durch die er in sechs Abteilungen unterteilt ist. Jede Abteilung des Troges 21 hat in ihrem Boden einen Auslaß, von dem aus eine Leitung 23 herabführt. Die sechs Leitungen verlaufen schraubenförmig und durchdringen die Wand 16 je an einer Stelle, die mit Bezug auf die Achse des Kreiselläufers 10 um etwa 90° gegenüber dem Auslaß der betreffenden Abteilung des Troges 21 versetzt liegt. Jedes Rohr 23 mündet oberhalb einer Stützkammer 24, die der Einfachheit halber in der Zeichnung als offene Töpfe wiedergegeben sind, aber vorzugsweise geschlossen ausgeführt werden. Die sechs Stützkammern 24 sind starr auf einer gemeinsamen Tragplatte 25 befestigt und haben in ihrem Boden je ein rundes Auslaßloch 26. Für gewöhnlich ist jeder dieser Auslässe

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durch ein am Kreiselläuferträger befestigtes Drosselorgan in Gestalt eines Zapfens 27 bis auf einen schmalen Spalt geschlossen. Der Zapfen 27 sitzt an der Wand 16 und ragt in die Auslaßöffnung 26 hinein. Unterhalb der Tragplatte 25 verringert sich der Querschnitt des Zapfens 27. Zu diesem Zweck läuft jeder Zapfen m eine Schneide 28 aus.

Das kugelförmige Gehäuse 14 ist unten mit öl gefüllt, und das Gehäuse 17 hat in seiner unteren Wand eine Einlaßöffnung, durch die dieses öl angesaugt werden kann.

Auf der Lagerbuchse 13 ist ein Ring 31 befestigt, der als Halter für die Tragplatte 25 dient. Diese ist durch ihr Gewicht in der gezeichneten Grundstellung nachgiebig gefesselt, kann aber um den Rand des Ringes 31 kippen und dadurch in die in der Zeichnung gestrichelte Lage gelangen. Über dem Ring 31 befindet sich in einigem Abstand, der die Stärke der Scheibe 25 überschreitet, ein zweiter Ring 32.

Ferner ist auf der Lagerbuchse 13 unter dem Ring 31 auf und ab verschiebbar ein eisernes Gehäuse 29 geführt, in welchem sich eine AIagnetwicklung 30 befindet, die von einem auf der Lagerbuchse 13 befestigten eisernen Spulenkörper getragen wird. Wird die AIagnetwicklung 30 erregt, so wird dadurch das Gehäuse 29 angehoben und drückt die Tragplatte 25 gegen den Ring 32, so daß die Tragplatte 25 nicht mehr kippen kann. Sollte die Platte bei Erregung der Magnetwicklung 30 bereits gekippt sein, dann wird sie wieder in ihre Grundstellung übergeführt und in dieser festgehalten.

Die Mittel, mit deren Hilfe das kugelförmige Gehäuse 14 kardanisch gelagert ist, sind nicht näher dargestellt.

Die durch die Pumpe 17, 18 geförderte Flüssigkeit dient zweckmäßig zugleich als Schmiermittel für alle Lagerstellen des Geräts und besteht dementsprechend aus öl.

Für die Erregung der Magnetwicklung 30 wird die Eigenschaft des den Kreiselläufer 10 antreibenden Kurzschlußläufermotors ausgenutzt, daß dieser bei Anlauf einen wesentlich höheren Strom aufnimmt als im Betrieb. Die Magnetwicklung kann in die Zuleitungen des Motors eingeschaltet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Magnetwicklung 30 durch ein Relais zu erregen, das durch den Motorstrom erregt wird.

Das Gehäuse 29 ist von einer Schraubendruckfeder 33 umgeben, die von unten auf die Tragplatte 25 mit einer Kraft drückt, die dem Gewicht der Tragplatte entspricht. Die Feder 33 ruht auf einem Federteller 34, der auf dem unteren Ende der Lagerbuchse 13 über dem Gehäuse 17 befestigt ist.

Die Wirkungsweise ist folgende: Es sei zunächst angenommen, daß die Achse des Kreiselläufers 10 lotrecht steht, sich also in ihrer Sollstellung befindet. Ferner sei angenommen, daß der Läufer mit voller Drehzahl läuft. Durch die Pumpe 17,18 wird die Flüssigkeit in den ringförmigen Trog 20 gefördert und verteilt sich gleichmäßig in diesem. Dabei läuft über die Innenkante des Troges an allen Stellen gleich viel Flüssigkeit hinweg und gelangt in die Abteilungen des Troges 21. Von dort aus wird das öl über die Fallrohre 23 gleichmäßig in die Stützkammern 24 geleitet. Diese füllen sich so hoch mit Flüssigkeit, daß die durch die Abflußöffnungen 26 ablaufende Flüssigkeitsmenge ebenso groß ist wie die durch die Leitungen 23 zufließende Flüssigkeitsmenge. Der Flüssigkeitsspiegel hat daher in allen Stützkammern 24 die gleiche Höhe. Es wird also kein Stützmoment erzeugt. Nun sei an-

genommen, daß die Kreiselachse mit dem Lot oder Scheinlot einen geringen Winkel einschließen möge, sei es, daß die Kreiselachse aus ihrer Sollstellung ausgewandert ist oder daß auf das Gerät Beschleunigungskräfte wirken. Nunmehr läuft an der tiefer Iielenden Stelle oder an der Stelle, der die Flüssigkeit unter dem Einfluß der Beschleunigung stärker zufließt, mehr Flüssigkeit über die innere Wand des Troges 20 als an der gegenüberliegenden Stelle. Das führt aber dazu, daß die Stützkammern verschieden viel Flüssigkeit erhalten. Infolge des schraubenförmigen Verlaufes der Fallrohre 23 steigt der Flüssigkeitsspiegel in denjenigen Stützkammern, die zu der gemeinsamen Ebene von Kreiselläuferachse und Scheinlot um 90° versetzt sind, während der Flüssigkeitsspiegel in den gegenüberliegenden Kammern fällt. Der Unterschied des Gewichtes der Flüssigkeitsfüllungen der Kammern 24 erzeugt ein Stützmoment, das eine Präzessionsbewegung des Kreisels herbeiführt. Durch diese Bewegung wird die Läuferachse in ihre Sollstellung zurückgeführt. Wenn diese erreicht ist, werden die Stützkammern wieder gleichmäßig mit Flüssigkeit beliefert, so daß dann das Stützmoment aufhört. Die Änderung des Flüssigkeitsstandes in den Kammern geht im Verhältnis zu der Präzessionsbewegung des Kreiselläufers schnell vor sich. Ein wesentliches Überpendeln des Kreisels über die Sollstellung hinaus erfolgt daher nicht.

Infolge des großen Umfanges des Troges 20 spricht der Flüssigkeitsstrom mit großer Empfindlichkeit auf Regelabweichungen an. Es ist daher die Forderung erfüllt, daß die durch die Erddrehung und durch die Bewegung des das Kreiselgerät tragenden Fahrzeuges bedingte Regelabweichung gering ist und daß auch die unvermeidlichen Reibungsmomente der Kreiselaufhängung keine wesentliche Abweichung von der Sollstellung ergeben.

Wenn nun aber starke Beschleunigungen auf das Gerät wirken und die Größe der Füllung der auf der einen Seite liegenden Kammern bis über eine bestimmte Grenze wachsen lassen, dann kippt die Tragplatte 25 beispielsweise in die in der Zeichnung gestrichelt wiedergegebene Lage. Infolgedessen reicht der Bolzen 27 nur noch mit seinem unteren Ende verringerten Querschnitts in die öffnung 26 der abgesunkenen Kammer 24 hinein und vergrößert daher die Ablauföffnung, so daß sich die Kammer schneller entleert. Dabei erfolgt jeweils eine solche Vergrößerung des Querschnitts der Ablauföffnung, daß ein Gleichgewichtszustand hergestellt wird, der dem unterschiedlichen ölzufluß der gegenüberliegenden Kammern, der Ablaufmenge und der Neigung des als Waagebalken wirkenden Trägers 25 entspricht. Auf diese Weise wird das Stützmoment so stark geschwächt, daß es die Läuferachse nur sehr langsam aus ihrer lotrechten Stellung auswandern läßt.

Bei geringen Beschleunigungen oder einer geringen Regelabweichung tritt kein Kippen der Platte 25 auf dem Rande des Gehäuses 29 ein. Die Empfindlichkeit der Regelung unter normalen Verhältnissen wird daher durch die beschriebene Lagerung und Anordnung der Tragplatte 25 nicht beeinträchtigt. Es wird vielmehr erreicht, daß im Bereich der Soilstellung der Kreiselachse ein relativ starker Anstieg des Stützmomentes und damit ein genaues Einlaufen der Läuferachse in die Sollstellung erfolgt, während bei größeren Regelabweichungen das Stützmoment nicht weiter ansteigt.

Solange das Gerät außer Betrieb ist und der Kreiselläufer stillsteht, weicht dessen Achse um willkür-

Claims (9)

liehe Beträge von der Lotrechten ab. Während des Betriebes soll der Kreisel möglichst indifferent gelagert sein. Der Schwerpunkt der in der Zeichnung dargestellten Teile soll also nach Möglichkeit mit dem Mittelpunkt der kardanischen Aufhängung zusammenfallen. Dieser Bedingung ist durch eine entsprechende Gewichtsverteilung genügt, wobei die normale Füllung der Tröge 20 und 21 und der Behälter 24 zugrunde gelegt ist. Wird das Gerät aber stillgesetzt, dann laufen die Tröge und die Behälter 24 leer. Dadurch wird der Schwerpunkt nach unten verlagert, und es wird erreicht, daß sich die Achse des Kreiselläufers ungefähr in das Scheinlot einstellt, solange das Gerät im Ruhezustand verbleibt. Das ist notwendig, damit das Pumpengehäuse 17 mit öl gefüllt bleibt. Bei Inbetriebnahme kann dennoch die Kreiselachse in gewissen Grenzen von der Lotrechten abweichen. Diese Abweichung kann so groß sein, daß bei Inbetriebsetzung sogleich die auf der einen Seite der Tragplatte 25 gelegenen Kammern 24 gefüllt werden. Mangels besonderer Vorkehrungen würde dann in der oben erläuterten Weise eine schnellere Entleerung der betreffenden Kammern und eine Schwächung des Stützmomentes eintreten. Um das zu verhindern, wird die Magnetwicklung 30 für die Dauer des Anlaßvorganges erregt und damit die Auslaßsteuerung der Kammern 24 außer Tätigkeit gesetzt. Dadurch ist ein größeres Stützmoment bei Inbetriebnahme des Kreiselgeräts gewährleistet, so daß die Läuferachse schnell in ihre Sollstellung übergeführt wird. Während des normalen Betriebes wird der Einfluß des Eigengewichtes der Tragplatte 25 und der Stützkammern 24, das an sich schon symmetrisch zu der Achse verteilt ist und sich auch nicht mit der Füllung der Kammern 24 verändert, auf das Stützmoment durch die Gegenwirkung der Feder 33 weitgehend aufgehoben. Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann in mannigfacher Hinsicht abgeändert werden. So läßt sich die Zahl der Stützkammern 24 beliebig ändern, und es kann auch die Form der Überlaufkanten oder der Stützkammern nach Wunsch verändert werden. Auch können die Stützkammern 24 mit mehreren Ablauföffnungen versehen sein. Statt des Elektromagneten 30 kann ein anderer Hilfsantrieb vorgesehen werden, der die Tragplatte 25 in ihre Grundstellung zurückführt und in dieser verriegelt. Die Erfindung ist auch auf Kreiselgeräte anwendbar, die mit mehreren Kreiselläufern ausgerüstet sind, sofern der aus den einzelnen Drallvektoren der Kreiselläufer resultierende Drallvektor eine lotrechte Komponente hat. Patentansprüche:

1. Kreiselgerät, dessen Kreiselläuferachse in die lotrechte Sollstellung durch Stützmomente übergeführt wird, die bei einer Neigung in Abhängigkeit von deren Richtung und Größe durch die Ge- ':

wichte der Flüssigkeitsfüllungen von Kammern erzeugt werden, welche am Kreiselläuferträger angeordnet sind und in Abhängigkeit von dessen Neigung zum Scheinlot durch eine Verteilereinrichtung unterschiedlich gespeist werden, gekennzeichnet durch eine auf die Größe der Füllung jeder Kammer (24) ansprechende Auslaß steuerung (25, 27), welche die Ablauföffnung (26) der Kammer vergrößert, sobald die Füllung eine bestimmte Grenze überschreitet.

2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer (24) am Kreiselläuferträger in Abhängigkeit von ihrer Füllung auf und ab beweglich angebracht ist und eine Steuerung zum Vergrößern ihrer Ablauföffnung (26) bei der Abwärtsbewegung aufweist.

3. Kreiselgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Tragplatte (25) für sämtliche Kammern (24) am Kreiselläuferträger kippbar angeordnet und in der Grundstellung nachgiebig gefesselt ist.

4. Kreiselgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaß steuerung einer jeden Kammer (24) aus einem am Kreiselläuferträger befestigten Drosselorgan (27) besteht, das in eine Ablauföffnung (26) der Kammer (24) hineinragt und diese bei Abwärtsbewegung der Kammer vergrößert.

5. Kreiselgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Größe der Füllung jeder Kammer (24) ansprechende Auslaßsteuerung (25, 27) beim Ingangsetzen des Geräts vorübergehend ausschaltbar ist.

6. Kreiselgerät nach Anspruch 5 mit elektrischem Läufermotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschaltung der Auslaßsteuerung (25, 27) in Abhängigkeit von der Stromaufnahme des Läufermotors steht.

7. Kreiselgerät nach Anspruch 3 oder'einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Tragplatte (25) der Kammern durch einen Hilfsantrieb (30) in ihre Grundstellung zurückführbar und in dieser verriegelbar ist.

8. Kreiselgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte mit ihrem mittleren Teil auf einem Halter (31) liegt und um dessen Ränder kippbar ist, aber durch einen Elektromagneten (30) fest an einen Gegenhalter (32) angelegt werden kann.

9. Kreiselgerät nach Anspruch 3 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (33) dem Gewicht der Tragplatte (25) und der leeren Kammern (24) entgegenwirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Fiat Review of German Science, Bd. 7: Angewandte athematik, Teil V, Wiesbaden, 1948, S. 223, 224.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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